Νέα επιτυχία! Πράσινη ανακύκλωση συνθετικών ανθρακονημάτων (CFRP)

Πρόλογος

Τα ανθρακονήματα είναι γνωστά ως “βασιλιάς των υλικών” και “μαύρο χρυσό” στη βιομηχανία. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε αεροπορία, αεροδιαστημική, ενέργεια, μεταφορές, πτερύγια αιολικής ενέργειας, κατασκευή γεφυρών, στρατιωτικό εξοπλισμό και άλλους τομείς, και αποτελούν σημαντικό υλικό για την εθνική άμυνα και την πολιτική παραγωγή.

Τα τελευταία χρόνια, καθώς η βιομηχανία των ανθρακονημάτων έχει μπει σε μια περίοδο ταχείας ανάπτυξης, η εφαρμογή των συνθετικών υλικών με ανθρακονήματα αυξάνεται, και παράγονται όλο και περισσότερα απορρίμματα κατά τη διαδικασία παραγωγής. Ειδικοί της βιομηχανίας επισημαίνουν ότι όλες οι πτυχές της αλυσίδας της βιομηχανίας των ανθρακονημάτων παράγουν απορρίμματα, και μόνο η ποσοστό αποβλήτων στη διαδικασία παραγωγής και κατασκευής φτάνει από 30% έως 50%. Επιπλέον, τα CFRP είναι δύσκολα στην επισκευή, και ακόμα και μέρος της ζημιάς θα πρέπει να πεταχτεί.

Επειδή τα συνθετικά υλικά με ανθρακονήματα δεν μπορούν να αποσυντεθούν υπό φυσικές συνθήκες, ένα μεγάλο ποσό απορριμμάτων και αποβλήτων μπορεί μόνο να αποθηκευτεί σε χωματερές. Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία, η παγκόσμια χρήση ανθρακονημάτων το 2018 μόνο έφτασε τους 92.600 τόνους, εκ των οποίων τα απορρίμματα ήταν 30.300 τόνοι. Αυτό δεν θα προκαλέσει μόνο ρύπανση στο περιβάλλον, αλλά αποτελεί και μεγάλη σπατάλη πόρων.

Τεχνολογία αποσυνθέσεως και ανακύκλωσης CFRP σε περιβαλλοντική θερμοκρασία

Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε μια τεχνολογία που μπορεί να αποσυνθέσει απλά τα CFRP σε χαμηλή θερμοκρασία. Αν τα CFRP βυθιστούν στο διάλυμα, τα ανθρακονήματα μπορούν να διαχωριστούν από τη ρητίνη σε σύντομο χρονικό διάστημα, και το πρώτο υλικό της ρητίνης μπορεί να ανακυκλωθεί ταυτόχρονα.

Αυτή η τεχνολογία αποτελεί μια επαναστατική νέα τεχνολογία για να επιστρέψει τα δύσκολα επεξεργάσιμα CFRP στο πρώτο υλικό και να ανακυκλωθούν όλα. Η τεχνολογία αυτή εμπνέεται από τη δομή της οξειδοαναγωγικής αντίδρασης που συμβαίνει στο ανθρώπινο σώμα.

Ο λόγος για την αντοχή των CFRP είναι ο συνδυασμός των ανθρακονημάτων και του πλαστικού. Τα ανθρακονήματα δεν σπάνε εύκολα και είναι ισχυρά, αλλά κάμπτονται εύκολα. Αν τα ανθρακονήματα συνδεθούν με ρητίνη, γίνεται ένα εξαιρετικό υλικό με ελαφρότητα και αντοχή, επιτυγχάνοντας έναν ισχυρό συνδυασμό ανθρακονημάτων και πλαστικού με εκπληκτική αντοχή, αλλά αντίθετα, αποτελεί και μεγάλο εμπόδιο για την ανακύκλωση.

Το θερμοσκληρυνόμενο πλαστικό που χρησιμοποιείται στα CFRP, όταν συμπυκνωθεί, είναι πολύ δύσκολο να αποσυντεθεί και μπορεί να απορριφθεί μόνο με καύση ή αποθήκευση σε χωματερές για μεγάλο χρονικό διάστημα. Παλαιότερα χρησιμοποιούνταν η ουσία μερκαπτοαιθανόλη, η οποία μπορεί να καταστρέψει τη δεσμό S-S μέσα στα CFRP, για ανακύκλωση, αλλά η ουσία είναι πολύ τοξική και δεν είναι ούτε ασφαλής ούτε φιλική προς το περιβάλλον.

Η ομάδα R στράφηκε σε ένα φυσικό βιοϋλικό, το οποίο διαλύθηκε σε νερό και στη συνέχεια προστέθηκε σε οργανικό διαλύτη, στον οποίο τοποθετήθηκαν τα CFRP, και η ρητίνη στα CFRP διαλύθηκε στην υγρή φάση μετά από ανάδευση για αρκετές ώρες σε θερμοκρασία δωματίου.

Η αρχή είναι ότι η φύση του βιο-δομημένου υλικού χρησιμοποιείται για να αναδιοργανώσει τη δεσμό S-S στα CFRP και να αντικαταστήσει τη δεσμό S-S στη ρητίνη, και η αποσυντεθείσα ρητίνη διαλύεται στον οργανικό διαλύτη.

Συμπέρασμα

Αυτή η τεχνολογία, που μπορεί να αποσυντεθεί τα ισχυρά CFRP και να επαναχρησιμοποιηθούν απλά προσθέτοντας βιολογικά υλικά στο διάλυμα χωρίς να χρησιμοποιούνται επιβλαβείς παράγοντες, αναμένεται να αποτελέσει το κλειδί για τη δημοτικότητα των CFRP στην εποχή της ενεργειακής εξοικονόμησης και της προστασίας του περιβάλλοντος.